JP2003179746A - デジタル画像に２進メッセージを挿入する方法 - Google Patents

デジタル画像に２進メッセージを挿入する方法

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JP2003179746A JP2002257487A JP2002257487A JP2003179746A JP 2003179746 A JP2003179746 A JP 2003179746A JP 2002257487 A JP2002257487 A JP 2002257487A JP 2002257487 A JP2002257487 A JP 2002257487A JP 2003179746 A JP2003179746 A JP 2003179746A
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STMicroelectronics SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタル画像中に少なくとも１つの２進コー
ドを挿入する方法である。 【解決手段】 コードを前記画像におけるオブジェクト
の輪郭の変更に変換することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像中に
コード又は２進識別子又は認証メッセージを挿入するこ
とに関する。
【０００２】
【従来の技術】第一の応用例は、不正コピーの配布によ
って起こり得る著作権侵害の発見、又はその発信元をつ
きとめるために、画像に関連する権利を与えられた人物
の識別子を挿入することに関する。第二の応用例は、画
像の完全さを保証するための、画像の変形又は変造に対
する防御である。デジタル画像中に２進コードを挿入す
る技術は、「電子透かし」として公知であり、特にイン
ターネットによるデジタル画像伝送の急激な進歩によっ
て近年発達してきている。不法コピーの危険性の増大を
考慮して、特に権利使用料に関係のある人々は、デジタ
ルマルチメディアコンテンツを保護する方法を研究して
いる。
【０００３】上記の２つの例は、いわゆるセキュリティ
応用に関するものである。非セキュリティ応用も存在
し、例えば、撮影（ｓｈｏｏｔｉｎｇ）又はその画像に
関するその他の情報に関連した特性の挿入等がある。
【０００４】一般的に、コードの挿入は各画像に関す
る。アニメのシーケンスについては、全ての画像に挿入
が含まれる（例えば、著者の識別コードが全ての画像に
おいて複写される）。この例においては、その他に、起
こり得る画像挿入又は秘匿を検出するために、各コード
のコンテンツをそのシーケンスに結合することが可能で
ある。
【０００５】いかなる応用においても、いわゆるマーキ
ング・アルゴリズムの使用により、画像に挿入されるコ
ードを暗号化し、画像に位置ぎめする。反転アルゴリズ
ムは、応用に従って識別、認証コード又は撮影特性等を
復元する。
【０００６】従来、マーキング・アルゴリズムは、画像
における画素、又はその画像の変換（フーリエ変換、離
散コサイン変換等）における係数のどちらかを変更す
る。変更される画素又は係数は、一般的にユーザ（符号
化器）に特定なキーを使用することによって選択され
る。変更は、例えば、係数の組を逆数にして、それらの
値が、予めガウス白色雑音によって変調された、隠され
たビットの値、又は隠されるメッセージの単なる加算に
依存する関係になるようにしてもよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】変更又はコーディング
はしばしば、秘匿メッセージを形成する特定のノイズの
加算、という形をとることが多い。よって、最終画像へ
の変更の影響を予測することが困難であり、時には視覚
的に変わってしまうこともある。
【０００８】ＵＳ−Ｂ１−６，１８１，８０２は、画像
の輪郭レベルで情報がコード化される領域を位置ぎめす
ることを含む、デジタル画像をマーキングする方法を示
している。それらの輪郭の形は変更されず、変形もされ
ない。’８０２においては、輪郭に隣接する画素が画像
中にメッセージをコーディングするために変更される。
【０００９】従来の方法のもう一つの問題点は、画像が
操作（変更）されると、秘匿メッセージを発見できなく
なるということである。例えば、画素が相互に変位して
しまったり（例えば、回転タイプの幾何学的操作）、フ
ィルタリングや圧縮等で変更されると、暗号化されたメ
ッセージを失う危険性が高い。メッセージの復元を妨げ
る恐れのある加工のうち、最も多いのは、画像をデジタ
ル形式で伝送する前のＪＰＥＧ型圧縮、又は、鮮明度、
光度、もしくは画像サイズの変更であるリセンタリング
である。
【００１０】上記問題点は、デジタルコミュニケーショ
ンネットワークを使用する画像の伝送においてより頻繁
に見られるように、画像が何度か連続して加工されたと
きより危機的となる。
【００１１】本発明は、従来の技術の欠点を少なくとも
１つは改善することを目的とする。より具体的には、本
発明は一回、もしくは複数回加工されてもコードを発見
することを可能にするために、デジタル画像に少なくと
も１つの２進コードを挿入する方法を目的とする。
【００１２】本発明はまた、従来の画像処理技術を使用
する方法を提供することにより、現存の装置での実行を
可能にすることを目的とする。
【００１３】本発明はまた、従来の画像処理アルゴリズ
ムの使用と互換性のある解決策を提供することを目的と
する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記及びその他の目的を
達成するために、本発明は、コードを輪郭の変形に変換
することを含む少なくとも１つの２進コードをデジタル
画像に挿入する方法を提供する。
【００１５】本発明の実施形態によると、前記方法は原
画像の物体の輪郭を検出するステップと、前記輪郭をそ
の他の画像から分離させるステップと、前記輪郭のフー
リエ記述子を計算するステップと、これらの前記輪郭の
フーリエ記述子を、画像に挿入される２進コードによっ
て変更するステップと、新しい輪郭を考慮して画像を再
構築するステップとを含む。
【００１６】本発明の実施形態によると、前記輪郭の各
重心に対応する前記フーリエ記述子は変更されない。
【００１７】本発明の実施形態によると、前記輪郭の各
寸法要素に対応する前記フーリエ記述子は変更されな
い。
【００１８】本発明の実施形態によると、前記フーリエ
記述子のモジュールのみが変更される。
【００１９】本発明の実施形態によると、変更されるこ
とが所望される各輪郭について一対のフーリエ記述子が
選択され、それらの差が、記憶されたビットが１又は０
かによって予め決定された閾値よりそれぞれ大きく、又
は小さくなるようにする。
【００２０】本発明の実施形態によると、前記閾値は画
像への変更の視認性と、画像操作に対するコード挿入の
感知性との妥協によって決定される。
【００２１】本発明の実施形態によると、前記方法は対
象となる画像を識別又は認証するための要素の挿入に応
用される。
【００２２】本発明の実施形態によると、前記方法は前
記画像に対するその画像の撮影特性の挿入に応用され
る。
【００２３】本発明はまた、コードの挿入に使用される
アルゴリズムに依存した抽出アルゴリズムが画像の輪郭
に応用されることによる、デジタル画像に挿入された少
なくとも１つの２進コードを抽出する方法を提供する。
【００２４】本発明はまた、画像中に２進コードを挿入
することを目的とした、デジタル画像処理システムを提
供する。
【００２５】
【発明の実施の形態】異なる図面において、同一の要素
は同一の符号によって示されている。明確にするため
に、本発明の理解に必要な要素及び方法のステップのみ
が図面に表されており、後述される。特に、異なる処理
アルゴリズムについては既に周知であるため、詳細に説
明されていない。
【００２６】本発明は、識別子、もしくはより一般的に
あらゆるコード又はデジタルメッセージを隠すために画
像の要素や物体の輪郭を使用することを特徴とする。
【００２７】よって、本発明によると、画像画素は直接
的、間接的（様々な変換によって提供される係数の変更
によって）に関わらずもはや使用されないが、画像構成
要素の輪郭はわずかに変形され、この変形が挿入された
メッセージを表している。本発明によれば、画素（又は
係数）が変更されなければならない領域を選択するため
に前記輪郭が選択されるのではなく、それら自身が変更
されるために選択される。輪郭の選択が、その中にデジ
タルメッセージを挿入する際参照されることもある。こ
れは、本発明によると、これら輪郭そのものを変形させ
ることによって画像中にメッセージを挿入するために、
これら輪郭を選択していることを意味している。
【００２８】選択された画像の輪郭に、それら輪郭の変
形によりデジタル画像を挿入することの利点は、特に強
力な解決法（起こりうる著作権侵害や変更に対して）を
提供できることである。確かに、その画像の意味をなす
画像特性を変更することによって、フィルタリング、圧
縮又は幾何学的変更により、変更された特性を見られる
危険性は減少、もしくは最小化される。具体的には、画
像のオブジェクトの輪郭は、回転、拡大、コントラスト
変換、伝送変換のための圧縮を行ってもそのままであ
る。
【００２９】更に、輪郭の変更によってサポートされる
メッセージが、もはや識別できない極端な場合において
も、その画像はもはや使用することができない。従っ
て、起こり得る不正コピーによって認証メッセージが検
出できなくなる、という事実は、この場合もはや問題で
はない。
【００３０】図１及び図２は画像Ｉ及びＩ’それぞれを
簡潔に表したものであり、本発明による挿入方法の実現
を図解している。
【００３１】図１は前記方法の実行前の画像を示してい
る。この画像においては、オブジェクトＯがその輪郭Ｃ
によって表されている。
【００３２】図２は前記方法実行後の前記画像を示して
いる。オブジェクトＯの輪郭Ｃは、画像の左部分と右部
分がわずかに変更された、輪郭Ｃ’となっている。オブ
ジェクトＯの原輪郭Ｃは、点線で描かれている。
【００３３】画像が切り取られても識別の維持を可能に
するために、コードの挿入は、画像のいくつかの領域で
繰り返されることが望ましい。輪郭の変形によるデジタ
ルデータ挿入容量の増加は、コード複製の可能性を高
め、従来よりも著しく分割された場合にそれを保護する
ことを可能にする。更に、画像がリセンタ（ｒｅｃｅｎ
ｔｅｒ）されたとしても、各画像の断片が必然的に輪郭
を含んでいるため、挿入されたデータは常に存在し、よ
って、ワードを抽出することができる。
【００３４】好ましい実施形態によると、画像の輪郭変
形は、輪郭をデジタル記述するための従来の手段である
画像のフーリエ記述子を使用して行われる。それらフー
リエ記述子は、事前の対策によって、画像の寸法の変更
だけでなく、変質や回転の両方に対して不変であるとい
う、優れた利点がある。従って、たとえ画像が一回もし
くは複数回の回転、一度もしくは複数回の寸法要素の変
更を受けるか、又はずらされても、フーリエ記述子がこ
れら変換に影響されないためデータを復元することがで
きる。
【００３５】図３Ａは、本発明によるデジタル画像への
メッセージ挿入方法の実施例を簡略化された流れ図で示
したものである。
【００３６】まず初めに、原画像Ｉにおいて、このイメ
ージ中の異なる複数のオブジェクトの輪郭が検出される
（ブロック１、「検出」）。もちろん、「オブジェク
ト」は、特性にかかわらずあらゆる輪郭を示す。この検
出は従来の輪郭検出方法で実行することができる。例え
ば、テキスト領域と、輪郭の抽出を可能にする、多少高
性能のフィルタが使用される。
【００３７】従来の輪郭検出方法は、Ｊ．カニーによ
る、１９８６年１１月のＩＥＥＥ「Ｔｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａ
ｎｄＭａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ」ｖｏ
ｌｕｍｅ ＰＡＭＩ−８、Ｎ°６、第６７９〜６９８
頁、「Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ
ｔｏ ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」中で説明されて
おり、本発明の参考とした。
【００３８】例えば、下記畳み込み行列に対応する伝達
関数ｈを持つ高域通過フィルタを使用することができ
る。
【数１】
【００３９】従って前記輪郭の前記画像はＣ＝Ｉ＊ｈと
記され、Ｉは原画像であり、＊は畳み込み演算子であ
る。
【００４０】前記輪郭が検出されたら、その輪郭は前記
画像の残りの部分から分離されなければならず、各輪郭
は他から分離されなければならない。この分離（ブロッ
ク２、「分解」）は、隣接している画素同士を比較する
ことによって行毎に行われる。
【００４１】初めに、前記輪郭の２進画像が画素値に単
に閾値を設定することによって得られる。次に、輪郭に
属する画素は、画素毎にビット１によって識別されると
仮定して、輪郭画素か否かが確かめられる。そうである
場合、もしこの画素の隣の画素が既に輪郭Ｃｉ（ｉはｍ
個の画像輪郭における輪郭の任意のランクを表す）に属
するならば、この画素もまたこの輪郭Ｃｉに属する。そ
うでない場合、新しい輪郭Ｃｉ＋１が作り出され、その
現在の画素はこの新しい輪郭に属する。
【００４２】次のステップ（ブロック３、ＦＤＥＳＣ）
は、各新しい輪郭Ｃｉ毎に対応するフーリエ記述子Ｚｋ
を計算することを含む。これは、ｋの範囲が−（ｎ／
２）＋１とｎ／２（ｎは輪郭における画素の数を表す）
の間であるとき、下記数式を適用することに対応する。
【数２】 （数式１） ここで、ｚｐは、対象となる輪郭（ｚｐ＝ｘｐ＋ｊ・ｙ
ｐ）の画素ｐに関連した複素数であり、ｊは複素数の虚
数の部分を表す。
【００４３】本発明によると、次のステップ（ブロック
４、「コード」）において、輪郭はその記述子を変形さ
せることによって変形される。
【００４４】しっかりしたシステムを得るために、フー
リエ記述子の重心に対応する記述子Ｚ０は変更されな
い。実際、他は全て変更される中で、変換によって不変
な、唯一の係数である。更に、寸法要素と対応する記述
子Ｚ１を変更することを避ける。最後に、コーディング
が画像の回転に影響されないようにするために、記述子
Ｚｋのモジュールのみが考慮される。
【００４５】つまり、本発明の好ましい実施形態による
と、記述子Ｚｋのモジュールはｋ≠０及び１のときにの
み変更される。
【００４６】上記で説明された係数の変更によって２進
メッセージをコード化するために、様々な従来の方法が
実現される。方法の選択は応用、特に画像に挿入される
メッセージの長さによる。
【００４７】挿入されたデータの盲抽出、つまり原画像
又は抽出されるべきコードの情報を持たずに行う抽出を
可能にする好ましい実施形態によると、コード化は次の
ように行われる。
【００４８】各輪郭Ｃｉに対して、一対の係数（Ｚｑ、
Ｚｒ）が選択され、ここでｑ及びｒは例えば、秘密鍵を
適用してランダムな数字発生器を使用することによっ
て、選択される。変更を可視にさせてしまう、輪郭の低
周波の変更を避けるために、選択された係数のランクｑ
及びｒは十分に高い（例えば、絶対値において３より大
きい）ことが望ましい。また、それらは、単一の低域通
過フィルタが前記係数に含まれる情報を消さないように
するため、高すぎてもならない（例えば、絶対値におい
て１／（５ｎ）より小さく、ｎは輪郭の画素の数であ
る）。
【００４９】輪郭の各ビットに対して、下記の変換が行
われる。ビットが１に等しくＺｑ＜Ｚｒ＋ＴでＴが正の
定数のとき、ＺｑとＺｒはＺｑ＞Ｚｒ＋Ｔを得るように
変更される（例えば、Ｚｑ＝Ｚｒ＋Ｔが計算される）。
ビットが０と等しくＺｑ＞Ｚｒ−Ｔのとき、ＺｑとＺｒ
はＺｑ＜Ｚｒ−Ｔを得るように変更される（例えば、Ｚ
ｑ＝Ｚｒ−Ｔが計算される）。
【００５０】定数Ｔは挿入の可視性と頑強性を設定する
ことを可能にする。Ｔが大きいほど、画像操作によって
Ｚｑ−Ｚｒが符号を変えてしまう危険性が少なくなり、
よって、挿入はより頑強になる。Ｔが小さい程、輪郭の
変更（変形）が目立たなくなり、よって、最終画像Ｉ’
においてより可視性が低くなる。従って、頑強性と視認
性の妥協は応用によって決定される。
【００５１】上記説明された方法によると、同一の輪郭
内に複数のビットを隠すためには、いくつかの係数の対
に変換を適用するだけで十分である。
【００５２】フーリエ記述子の変更によって輪郭が変形
されると、その画像は再形成（再構築）される。確か
に、変更された本来の輪郭の境界に配置された画素（更
に具体的には、原画像中の各輪郭に沿って並んだ画素は
特性を変更され、変形された輪郭の画素になる）の画像
の情報（色、コントラスト等）は消失している。再構築
（ブロック５、「再構築」）は、最初の輪郭と変更され
た輪郭の間に形成される画素を変更することを含むの
で、新規の輪郭の両側がその輪郭と同様に変形される。
つまり、画像は変更された境界線の最初の充填（ｆｉｌ
ｌｉｎｇ）に限りなく近くなるよう充填される。
【００５３】原輪郭の変更後に充填（輪郭の近隣）を変
更するためのモデルとして使用することができる、任意
の画素をずらして画像を変更する方法の例はＵＳＰ Ｎ
°５，１７５，８０８で示されており、本発明の参考と
した。
【００５４】図３Ｂは、本発明によるデジタル画像中に
挿入されたデータを復号する方法の例を、簡単な流れ図
で示している。
【００５５】初めに、コーディングされた画像Ｉ’を考
えてみる。メッセージ挿入後輪郭のフーリエ記述子が残
っている場合は、コーディングに依存して、適合された
アルゴリズムを応用することにより復号（ブロック４’
「復号」）又は抽出が行われる。そうでない場合は、検
出された輪郭が残りの画像から分離された後（ブロック
２、「分解」）、輪郭Ｃ’が検索され（ブロック１、
「検出」）、各輪郭Ｃｉのフーリエ記述子が計算される
（ブロック３、ＦＤＥＳＣ）。これら最初の３つの実行
できるステップは、挿入時と同じである（図３Ａ）。
【００５６】復号は、本来の画像には対応しないが挿入
されたコードを含むデジタルデータを輪郭Ｃ’から抽出
することを含む。
【００５７】係数の対（Ｚｑ、Ｚｒ）の例については、
関連した係数の対を作りＺｑ−Ｚｒの値を計算すれば十
分である。この値の符号により、隠されたビットは１又
は０となる（Ｚｑ−Ｚｒ＞０はビットが１であることを
意味し、Ｚｑ−Ｚｒ＜０はビットが０であることを意味
する）。
【００５８】係数対の簡単なコーディングによる画像の
マーキングは、復号の際画像に挿入されたメッセージを
より容易に読めるという点で好ましい。
【００５９】本発明による挿入と抽出の方法は、各輪郭
に対して連続的に行われることができるが、次の画像に
進む前に、従来の記憶手段を利用して画像全体に行われ
ることが望ましい。
【００６０】もちろん、本発明は当業者であれば容易に
改変、変更、発展させることができる。具体的には、本
発明はデジタルコード化できるものであれば、画像中に
挿入されることが所望されるあらゆるタイプのメッセー
ジ、及びあらゆるタイプの画像に適用される。
【００６１】更に、本発明の利点は従来のアルゴリズム
を使用できることであり、本説明中に示されるものの代
わりに、様々なアルゴリズムが使用されることができ
る。
【００６２】更に、画像の輪郭の全てが処理される必要
はない。コードが挿入される、又は複数のコードが挿入
される輪郭の選択はランダムに行われるか、又は、例え
ば輪郭の長さを考慮したアルゴリズムによって定義され
る。
【００６３】最後に、本発明は従来の道具（ハードウェ
ア及びソフトウェア）を使用することによって実現さ
れ、本発明によって提供される処理の順序通りに実行す
るために必要な適合は、上記に示される実用的指示に基
づいて当業者が行うことができる範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコード又はデジタルメッセージ挿
入の前の画像の簡潔な例である。
【図２】本発明によるデジタルメッセージ挿入後の図１
の画像の例である。
【図３Ａ】本発明による２進データ挿入方法の実現をブ
ロックで示した概略図である。
【図３Ｂ】本発明による２進データ抽出方法の実行をブ
ロックで示した概略図である。
【符号の説明】
１ ブロック１、「検出」 ２ ブロック２、「分解」 ３ ブロック３、「ＦＤＥＳＣ．」 ４ ブロック４、「コード」 ４’ ブロック４’、「復号」 ５ ブロック５、「再構築」
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B057 CB19 CE08 CG01 DC06 DC16 5C063 AB03 AB05 AC01 CA23 DA07 DA13 DB10 5C076 AA14 BA06

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 デジタル画像（Ｉ）中に少なくとも１つ
    の２進コードを挿入する方法において、 前記コードを前記画像中のオブジェクト（Ｏ）の輪郭
    （Ｃ）の変形に変換することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 原画像（Ｉ）におけるオブジェクト
    （Ｏ）の輪郭（Ｃ）を検出するステップと、 前記輪郭を前記画像の残りの部分から分離させるステッ
    プと、 前記輪郭のフーリエ記述子（Ｚｋ）を計算するステップ
    と、 前記画像に挿入される前記２進コードに従って前記輪郭
    のフーリエ記述子を変更するステップと、 新しい輪郭を考慮して前記画像を再構築するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 各前記輪郭（Ｃ）の重心に対応するフー
    リエ記述子（Ｚ０）は、変更されないことを特徴とする
    請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 各前記輪郭（Ｃ）の寸法要素に対応する
    フーリエ記述子（Ｚ １）は、変更されないことを特徴と
    する請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記フーリエ記述子（Ｚｋ）のモジュー
    ルのみが変更されることを特徴とする請求項２に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 変更されることが所望される各輪郭（Ｃ
    ｉ）について、 一対のフーリエ記述子（Ｚｑ、Ｚｒ）を選択するステッ
    プと、 それら記述子を変更し、それらの差を、それぞれ、記憶
    されたビットが１か又は０かによって予め決定された閾
    値（Ｔ）より大きく、又は小さくするステップとを含む
    ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記閾値（Ｔ）が前記画像（Ｉ）に対す
    る変更の視認性と、画像操作に対するコード挿入の感知
    性との妥協によって決定されることを特徴とする請求項
    ６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 対象となる画像を識別又は認証する要素
    の挿入に適用されることを特徴とする請求項１から７の
    いずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 画像中への、該画像の撮影特性の挿入に
    適用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか
    １項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項に記載
    の方法を実現することによってデジタル画像に挿入され
    た少なくともひとつの２進コードを抽出する方法におい
    て、前記コードを挿入するために用いられるアルゴリズ
    ムに依存する抽出アルゴリズムを、イメージ（Ｉ’）の
    輪郭（Ｃ’）に適用することからなることを特徴とする
    方法。
  11. 【請求項１１】 画像中に２進コードを挿入することを
    目的としたデジタル画像処理システムであって、請求項
    １から１０のいずれか１項に記載の方法を実現する手段
    を含むことを特徴とするシステム。
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